【正文】 類型 [5]。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運行，充分滿足負(fù)載的用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟，特別是確定使用最少的太陽 能電池組件功率和蓄電池的容量。光伏電池在系統(tǒng)中作為能量輸入源。在交流光伏發(fā)電系統(tǒng)中， DCAC 逆變器將蓄電池組提供的直流電變成能滿足交流負(fù)載需要的交流電?？刂破髫?fù)責(zé)保護蓄電池，防止出現(xiàn)過充或過放電狀態(tài)，即在蓄電池達到一定的放電深度時，控制器將自動切斷負(fù)載，當(dāng)蓄電池達到過充電狀態(tài)時，控制器將自動切斷充電電路。 太陽能電池方陣吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)化成電能后，在防反充二極管的控制下為蓄電池組充電。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 3 章 系統(tǒng)控制硬件設(shè)計 各組成模塊介紹 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理 通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的各種工作模式，各種工作模式下的控制狀態(tài)，以及不同狀態(tài)間進行轉(zhuǎn)換的控制操作。操作步驟：斷開 SW6。操作步驟： ① 斷開 SW5 ② 斷開 SW1 ③ SW3 接觸點 2 （ 4） Mode5 轉(zhuǎn)換到 Mode6，即電機穩(wěn)定運行到制動模式，此時 SW1， SW3， SW5，SW6 狀態(tài)發(fā)生變化。 （ 1）系統(tǒng)啟動到 Model4，即由停止模式進入電機負(fù)載啟動模式，此切換過程即由Model7 切換到 Model4， SW1， SW3， SW5， SW6 狀態(tài)發(fā)生變化，操作步驟： ① 合上 SW1 ② SW3 接觸點 1 ③ 閉合 SW6， SW5 （ 2） Model4 轉(zhuǎn)換到 Model5，即電機啟動模 式進入穩(wěn)定運行模式，此時切除超級電容對負(fù)載的供電。當(dāng)接受到制動命令式，系統(tǒng)進入制動狀態(tài)，即工作模式 Mode6，此過程可能發(fā)生在系統(tǒng)啟動或穩(wěn)定運行過程中。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 負(fù)載啟動到穩(wěn)定運行以及制動停止： 圖 負(fù)載啟動到穩(wěn)定運行以及制動停止所有可能模式轉(zhuǎn)換圖 電機負(fù)載啟動時需要較大的啟動電流，此時工作于 Model4，由鉛酸電池，超級電容，光伏電池經(jīng) boost 變換器同時給負(fù)載供電，超級電容主要是為了提供電機啟動所需的電流。 該轉(zhuǎn)換過程 SW1， SW4， SW7 的狀態(tài)發(fā)生變化。 該轉(zhuǎn)換過程 SW1， SW3 的狀態(tài)發(fā)生變化。 該轉(zhuǎn)換過程 SW2， SW7 的狀態(tài)發(fā)生變化。 該轉(zhuǎn)換過程 SW3， SW4， SW7 狀態(tài)發(fā)生變化。 該轉(zhuǎn)換過程 SW1， SW2， SW3， SW7 狀態(tài)均發(fā)生了變化。 分析各工作模式下繼電器狀態(tài)表可知： 由 Mode7 到 Mode1 的轉(zhuǎn)換只有 SW2， SW7 的狀態(tài)發(fā)生了變化。 （ 1） 系統(tǒng)啟動進入 Mode1，即由停止模式進入光伏電池經(jīng) buck 變換器給超級電容充電 。超級電容的電壓達到 boost 變換器輸出電壓上限時，停止充電，系統(tǒng)切換到停止模式。 buck 變換器對超級電容的充電完成時，系統(tǒng)切換工作模式，進入 Mode2，即光伏電池通過 boost 變換器對鉛酸電池充電。下面分析負(fù)載處于不同的工作狀態(tài)時，系統(tǒng)的工作模式以及相應(yīng)模式的切換。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 各工作模式間轉(zhuǎn)換時繼電器操作順序 根據(jù)上表可知，系統(tǒng)處于不同的工作模式下時，對應(yīng)著不同的繼電器狀態(tài)，切換系統(tǒng)的工作模式時，就必須控制繼電器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程的步驟不是隨意的，否則可能會使得系統(tǒng)進入一個不可知的狀態(tài)，造成系統(tǒng)的功能紊亂，嚴(yán)重時 可能還會造成系統(tǒng)短路，損壞系統(tǒng)。參見繼電器控制連接框圖繪制表格表明各個工作模式下繼電器的狀態(tài)如下： 表 各工作模式下繼電器狀態(tài)表 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 Mode1 OFF ON 觸點 2 觸點 4 OFF OFF 觸點 6 Mode2 ON OFF 觸點 1 觸點 4 OFF OFF 觸點 5 Mode3 ON OFF 觸點 2 觸點 3 OFF OFF 觸點 6 Mode4 ON OFF 觸點 1 觸點 4 ON ON 觸點 5 Mode5 ON OFF 觸點 1 觸點 4 ON OFF 觸點 5 Mode6 OFF OFF 觸點 2 觸點 4 OFF ON 觸點 5 Mode7 OFF OFF 觸點 2 觸點 4 OFF OFF 觸點 5 表 表明了系統(tǒng)在各種工作模式下時，各繼電器的開端狀 態(tài)或觸點連接狀態(tài)，由表可清楚看出系統(tǒng)在不同模式之間進行轉(zhuǎn)換時繼電器狀態(tài)的變化，由于系統(tǒng)在模式轉(zhuǎn)換過程中各個模塊之間連接順序不是隨意的，繼電器切換的過程還需要根據(jù)繼電器連接框圖確定具體的切換順序。 圖 能量流向圖 當(dāng)系統(tǒng)各模塊均不工作時，系統(tǒng)處于停止模式，記該 模式為 Mode7。 Mode6：超級電容吸收電機制動時能量回饋模式。 圖 能量流向圖 電機負(fù)載啟動結(jié)束后，電機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此狀態(tài)下，無需超級電容提供大電流，將超級電容切除，只有鉛酸電池和光伏電池給負(fù)載供電， boost 變換器工作于恒壓模式。 Mode5：電機負(fù)載穩(wěn)定運行，光伏電池和鉛酸電池給負(fù)載供電的工作模式。 圖 能量流向圖 該工作模式下，由于電機啟動電流較大，需要超級電容為其提供啟動過程中所需的大電流，電機啟動過程結(jié)束，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)時，將超級電容從電路中切除，轉(zhuǎn)換到另一工作模式。 Mode4：電機負(fù)載啟動，光伏電池、超級電容及鉛酸電池一同給負(fù)載供電的工作模式。系統(tǒng) 處于該狀態(tài)下時，吸收能量的只有電機負(fù)載，提供能量的有太陽能電池板、鉛酸電池和超級電容。模式之間相互轉(zhuǎn)換時，必須十分注意此順序，轉(zhuǎn)換到該模式時，軟件控制中，也需檢測輸入電壓和超級電容的電壓，來判斷是否可以進行該模式轉(zhuǎn)換。 Mode3： 光伏電池經(jīng) boost 變換器給超級電容充電的工作模式，圖 描述了該工作模式的能量流向。 圖 能量流向圖 該工作模式下， boost 變換器工作于恒流模式，單片機控制系統(tǒng)檢測鉛酸電池的充電狀態(tài)。 圖 能量流向圖 該工作模式下， buck 變換器工作于恒流模式給超級電容充電，同時系統(tǒng)中單片機控制系統(tǒng)檢測超級電容的充電狀態(tài)，當(dāng)超級電容經(jīng) buck 變換器額充電完成時，單片機控制系統(tǒng)根據(jù)外界控制信號將系統(tǒng)轉(zhuǎn) 換到其他工作模式。 下面先分析系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下的模式轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，充電的對象有超級電容和鉛酸電池，變換器由 buck 變換器和 boost 變換器兩種，由于 buck 變換器只能用來給超級電容充電，而 boost 變換器可用來給超級電容和鉛酸電池充電，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，工作模式有 3 種。以下部分主要介紹系統(tǒng)的各種工作模式的模式框圖及工作單元。 系統(tǒng)工作模式 由繼電器控制連接框圖可知，要想系統(tǒng)正常有序運行，必須合理、準(zhǔn)確控制各個繼電器的狀態(tài)及系統(tǒng)中各個模塊的工作模式。 圖 繼電器連接圖 繼電器 SW1， SW3， SW4 由 boost 控制器控制；繼電器 SW2， SW5， SW6， SW7由 buck 控制器控制。 ④電機 制動： 電機制動時，會產(chǎn)生較大的反饋電流，此時超級電容與電機連接，用來吸收這部分能量。 ③電機負(fù)載穩(wěn)定工作： 電機正常工作時，由光伏電池通過 boost 變換器及鉛酸電池共同給負(fù)載供電。 ②電機負(fù)載啟動： 電機啟動時需要較大的啟動電流，由超級電容供給。當(dāng) boost 變換器單片機控制電路檢測到鉛酸電池充電完成時， boost 變換器輸出切換到超級電容，給超級電容充電。 Buck 變換器單片機控制電路檢測電容充電狀態(tài)，當(dāng)檢測到 buck 變換器對電容充電完成時，斷開 buck 變換器與光伏電池的連接，準(zhǔn)備進入系統(tǒng)下一狀態(tài) —— 光伏電池通過 boost 變換器給鉛酸電池充電。分析系統(tǒng)的工作模式，能量流向。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 系統(tǒng)工作原理 整個系統(tǒng)各個部分 之間協(xié)同工作需根據(jù)負(fù)載的工作狀態(tài)及光伏電池的能量輸出狀態(tài)來控制系統(tǒng)的運行，同時兩個 DCDC 變換器之間 的單片機相互通信，根據(jù)對方控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)來控制自身的工作狀態(tài)，相互之間協(xié)調(diào)有序運行。 Boost 變換器可用來給鉛酸電池充電，也可用來給超級電容充電，光照充足時還可直接用來給負(fù)載供電。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 2 章 基于太陽能電池板充電系統(tǒng)控制工作原理 系統(tǒng)總體框圖 圖 系統(tǒng)總體框圖 該系統(tǒng)中鉛酸電池用于給負(fù)載供電，超級電容主要是提供電機啟動時所需的大電流，和吸收電機制動時的反饋能量。 PWM 控制電路的核心采用的是 TL494。 課題研究方案 結(jié)合本課題以及我們本專業(yè)的專業(yè)知識結(jié)合起來，要對友蓄電池和超級電容構(gòu)成的復(fù)合電源的設(shè)計的研究，我設(shè)計了以下幾條研究的方案 ： 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 buck 變換器恒流工作模式 boost 變換器恒壓、恒流工作模式及模式間的切換 ，變換器的選擇以及充電對象的選擇 ，供電對象的選擇及切換 課題主要研究內(nèi)容 本課題首先針對光伏電池的特性進行了系統(tǒng)性的分析，對光伏電池的原理，負(fù)載特性和輸出特性曲線等深入 掌握和了解，確定了光伏充電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 目前 ,在 ISE的混合動力和燃料電池公交車上 ,有 3 萬多超級電容器在工作 , 提供超過7500 萬法拉的電力驅(qū)動和再生剎車功率。清潔運行、安 靜、低維護要求的車輛己經(jīng)走上了一些美國的城市 ,包括 LongBeach和 SacramentoCA。 ISE 公司將 Maxwell 的超級電容整合到汽油、柴油和燃料電池混合動力車之中。在電動汽車啟動時 ,由超級電容提供能量 ,采用降壓斬波驅(qū)動 。該儲能系統(tǒng)使用 40 2 的Panasonic 超級電容 ,用超級電容作為負(fù)載均衡裝置使閥控鉛 酸電池更好地運用于電動汽車。性能測試結(jié)果顯示 :市區(qū)和郊區(qū)行駛工況分別節(jié)能 40%和 20%,在完整的 ECE 循環(huán)工況下節(jié)能 14%[3]。 在國外 ,復(fù)合電源作為電動汽車電源裝置已經(jīng)有原型車問世 ,不少企業(yè)及機構(gòu)的研究已經(jīng)取得了一定的進展。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 總之 ,國內(nèi)對由蓄電池和超級電容構(gòu)成的復(fù)合電源的設(shè)計與控制理論的研究還剛剛起步 ,雖然對超級電容的研究和生產(chǎn)已經(jīng)有了很大的進展 ,但對復(fù)合電源的研究還比較少 ,還需要長時間的努力。 20xx 年北京理工大學(xué)與北方華德尼奧普蘭客車股份有限公司共同研制純電動旅游客車“ BFC6110EV” [2]。 總之 ,復(fù)合電源的應(yīng)用使電動汽車滿足動力性、經(jīng)濟性的要求 ,提高了電動汽車的實用性 ,具有重要的實用價值和廣闊的發(fā)展前景，決定了對于復(fù)合電源控制系統(tǒng)的應(yīng)運而生。 復(fù)合電源在電動汽車上的應(yīng)用 ,具有重要意義 ,使得對復(fù)合電源的控制系統(tǒng)的研究有著重要的意義。在電動汽車下坡或制動時 ,反饋的大電流被超級電容所吸收 ,實現(xiàn)了能量回收 ,同時也保護了蓄電池不受大電流的沖擊而損壞。單一的能量源不能滿足需要 ,由超級電容和蓄電池組合成復(fù)合電源 ,充分利用超級電容比功率高和蓄電池比能量高的特點 [1]。 control system 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院 科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 第 1 章 緒論 ......................................................................................................................... 1 課題的背景 及意義 ..................................................................................................... 1 課題研究的現(xiàn)狀（ 國內(nèi)以及國外技術(shù)研究現(xiàn)狀 ） ................................................. 1 課題主要研究 方案 ..................................................................................................... 2 課題主要研究內(nèi)容 ..................................................................................................... 2 第 2 章 基于太陽能電池板充電系統(tǒng)控制工作原理 ......................................................... 4 系統(tǒng)總體框圖 ............................................................................................................